一种抗长期紫外老化高密度聚乙烯材料制造技术

本发明专利技术公开了一种抗长期紫外老化高密度聚乙烯材料，按质量百分比计由以下组分混合制成：高密度聚乙烯80‑95％，改性凹凸棒粉1‑8％，二氧化钛0.1‑10％，紫外线吸收剂0.1‑1％，抗氧剂0.5‑1％，紫外防护剂0.2‑0.8％。本发明专利技术在户外具有优异的抗紫外老化性能，使用寿命长，材料的力学性能良好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种聚乙烯材料，特别涉及一种抗长期紫外老化高密度聚乙烯材料。
技术介绍
高密度聚乙烯(High Density Polyethylene，简称为“HDPE”)又称低压聚乙烯，是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂。原态HDPE的外表呈乳白色，在微薄截面呈一定程度的半透明状。PE具有优良的耐大多数生活和工业用化学品的特性。HDPE是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂。高密度聚乙烯是种白色粉末颗粒状产品，无毒、无味，密度在0.940～0.976g/cm3范围内；结晶度为80％～90％，软化点为125～135℃，使用温度可达100℃；熔化温度120～160℃，对于分子较大的材料，建议熔化温度范围在200～250℃之间。它具有良好的耐热性和耐寒性，化学稳定性好，还具有较高的刚性和韧性，机械强度好。介电性能，耐环境应力开裂性亦较好。硬度、拉伸强度和蠕变性优于低密度聚乙烯；耐磨性、电绝缘性、韧性及耐寒性均较好，但与低密度绝缘性比较略差些；化学稳定性好，在室温条件下，不溶于任何有机溶剂，耐酸、碱和各种盐类的腐蚀；薄膜对水蒸气和空气的渗透性小、吸水性低；耐老化性能差，耐环境开裂性不如低密度聚乙烯，特别是热氧化作用会使其性能下降，所以，树脂需加入抗氧剂和紫外线吸收剂等来提高改善这方面的不足。纯高密度聚乙烯HDPE在户外条件下抗紫外老化性能较差，因此，为了提高高密度聚乙烯抗紫外老化性能，往往添加紫外线吸收剂，然而，少量添加并不能有效提高HDPE的抗紫外老化性能，而大量添加紫外线吸收剂，则会明显降低材料的力学性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种抗长期紫外老化高密度聚乙烯材料，在户外具有优异的抗紫外老化性能，使用寿命长，材料的力学性能良好。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种抗长期紫外老化高密度聚乙烯材料，按质量百分比计由以下组分混合制成：高密度聚乙烯80-95％，改性凹凸棒粉1-8％，二氧化钛0.1-10％，紫外线吸收剂0.1-1％，抗氧剂0.5-1％，紫外防护剂0.2-0.8％。本专利技术的核心在于添加改性凹凸棒粉，利用表面改性后的高长径比、纳米及亚微米尺寸凹凸棒，与高密度聚乙烯进行复合材料化，改性凹凸棒粉在材料体系中作为增强剂和高效成核剂和阳离子捕捉剂，对材料体系有明显增强和增韧作用。此外，表面改性的凹凸棒粉具有较大的比表面积和较强的吸附能力，将其作为高效受阻胺光稳定剂的载体，并利用其独特的晶体结构和纳米尺寸，可提高受阻胺光稳定剂的分散程度，显著降低受阻胺光稳定剂的添加量。此外，为了增强抗紫外老化性能，本专利技术采用化学紫外防护(紫外线吸收剂)和物理紫外防护(紫外防护剂)两者协同配合，从而大大提高产品的抗紫外老化性能。作为优选，所述改性凹凸棒粉通过以下步骤制备而得：(1)将凹凸棒土在400-450℃下煅烧90-120min，冷却后，粉碎，过筛，得凹凸棒粉；(2)将凹凸棒粉与质量浓度20-30％的二甲基亚砜溶液中，搅拌混合均匀得凹凸棒粉分散液；通过将凹凸棒粉加入二甲基亚砜溶液中，能够使得凹凸棒粉分散均匀，这样利于后续的酸溶液氧化改性。酸溶液能够使得凹凸棒粉亲水性降低，亲油性增加，从而提高凹凸棒粉与高密度聚乙烯的结合力。(3)向凹凸棒粉分散液中加入酸溶液搅拌混匀后，超声处理10-30min，过滤，分别用水和无水乙醇洗涤，然后在70-80℃下真空干燥2-3h得初级改性凹凸棒粉；(4)将质量浓度为50-60％的钛酸酯偶联剂无水乙醇溶液与初级改性凹凸棒粉混合10-30min，然后再加入质量浓度为50-60％的硅烷偶联剂无水乙醇溶液混合10-30min，然后80-100℃下真空干燥30-60min，得中级改性凹凸棒粉。(5)将中级改性凹凸棒粉与受阻胺光稳定剂在150-180℃密炼机中密炼30-60min后，研磨得改性凹凸棒粉。初级改性凹凸棒粉由于颗粒较细，容易团聚，这样不利于后续加工，且对复合材料的性能有较大影响。专利技术人通过长期的实验研究后发现，先通过使用钛酸酯偶联剂对初级改性凹凸棒粉进行第一次表面处理，后再通过添加硅烷偶联剂对处理过的初级改性凹凸棒粉进行第二次表面处理，这样能有效解决初级改性凹凸棒粉团聚的问题，使硅烷偶联剂有效的包裹初级改性凹凸棒粉，进一步的防止了初级改性凹凸棒粉的团聚，为后续与高密度聚乙烯的混合做好了有效的铺垫作用，由于偶联剂的处理，初级改性凹凸棒粉与高密度聚乙烯混合的更均匀，结合强度更好，形成的复合材料成分均匀，力学性能佳。钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂均配成无水乙醇溶液的形式添加，这样与初级改性凹凸棒粉的混合均匀性好，起效好。作为优选，步骤(2)中质量浓度20-30％的二甲基亚砜溶液用量为每克凹凸棒粉使用10-15mL。作为优选，步骤(3)中所述酸溶液为质量浓度为5-10％的硝酸溶液与质量浓度为10-15％的乙酸溶液按照1:3-5体积比的混合物。本专利技术的特定酸溶液是针对凹凸棒粉的改性设计的，能够有效使得凹凸棒粉亲水性降低，亲油性增加，从而提高凹凸棒粉与高密度聚乙烯的结合力，从而增强凹凸棒粉的增强、增韧作用。作为优选，步骤(4)中钛酸酯偶联剂的用量为初级改性凹凸棒粉重量的0.2-0.3％，硅烷偶联剂的用量为初级改性凹凸棒粉重量的1-1.5％。作为优选，步骤(5)中所述中级改性凹凸棒粉与受阻胺光稳定剂的质量百分配比为：中级改性凹凸棒粉50-80％，受阻胺光稳定剂20-50％，两者总和为100％；所述受阻胺光稳定剂选自聚合型受阻胺光稳定剂、N-取代烷氧基受阻胺光稳定剂中的一种或几种。聚合型受阻胺光稳定剂、N-取代烷氧基受阻胺光稳定剂的型号可选择光稳定剂944、CYasorb UV3346、Chimassorbr2020、Tinuvin622、Tinuvin123、Tinvin317、HS200、HS950、HS300。作为优选，所述改性凹凸棒粉的粒度D50为20nm-150nm，长径比为10-50：1。凹凸棒土长径比10-50：1，在复合材料中具有增强增韧作用，使得拉伸强度提高10％。作为优选，所述抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168、抗氧剂1098、抗氧剂P-EPQ、抗氧剂PEP-36A、抗氧剂300、抗氧剂S-9299中的一种或几种。作为优选，所述紫外吸收剂选自UV-234、UV-531、UV-4602、UV-3638F中的一种或几种。作为优选，所述紫外防护剂按质量百分比计由以下组分混合而成：纳米硫酸钡粉40-65％；纳米氧化锌粉30-50％；纳米银粉末5-10％。纳米硫酸钡粉、纳米氧化锌粉、纳米银粉末的颗粒大小均为10-50nm。纳米硫酸钡具有较强的抵抗紫外线作用，可以反射电磁波，起到防辐射的作用。添加的纳米氧化锌具有抗紫外线作用，同时，纳米氧化锌还能消炎杀菌，防止细菌在材料表面滋生；添加的纳米银粉末为吸波导热材料，吸收紫外辐射形成涡流产生热，并将热量迅速散出，从而提高产品的耐候性，同时银粉还有强烈杀菌作用，防止细菌在材料表面滋生；本专利技术将三种材料混合在一起，协同发挥作用，大大提高了材料的抗长期紫外老化性能。优选将紫外防护剂预处理后使用，预处理方法为：将质量浓度为50-60％的钛酸酯偶联剂无水乙醇溶液与紫外防护剂混合10-30min，然后再加入质量浓度为50-60％的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗长期紫外老化高密度聚乙烯材料，其特征在于：按质量百分比计由以下组分混合制成：高密度聚乙烯80‑95％，改性凹凸棒粉1‑8％，二氧化钛0.1‑10％，紫外线吸收剂0.1‑1％，抗氧剂0.5‑1％，紫外防护剂0.2‑0.8％。

【技术特征摘要】
1.一种抗长期紫外老化高密度聚乙烯材料，其特征在于：按质量百分比计由以下组分混合制成：高密度聚乙烯80-95％，改性凹凸棒粉1-8％，二氧化钛0.1-10％，紫外线吸收剂0.1-1％，抗氧剂0.5-1％，紫外防护剂0.2-0.8％。2.根据权利要求1所述的一种抗长期紫外老化高密度聚乙烯材料，其特征在于：所述改性凹凸棒粉通过以下步骤制备而得：(1)将凹凸棒土在400-450℃下煅烧90-120min，冷却后，粉碎，过筛，得凹凸棒粉；(2)将凹凸棒粉与质量浓度20-30％的二甲基亚砜溶液中，搅拌混合均匀得凹凸棒粉分散液；(3)向凹凸棒粉分散液中加入酸溶液搅拌混匀后，超声处理10-30min，过滤，分别用水和无水乙醇洗涤，然后在70-80℃下真空干燥2-3h得初级改性凹凸棒粉；(4)将质量浓度为50-60％的钛酸酯偶联剂无水乙醇溶液与初级改性凹凸棒粉混合10-30min，然后再加入质量浓度为50-60％的硅烷偶联剂无水乙醇溶液混合10-30min，然后80-100℃下真空干燥30-60min，得中级改性凹凸棒粉；(5)将中级改性凹凸棒粉与受阻胺光稳定剂在150-180℃密炼机中密炼30-60min后，研磨得改性凹凸棒粉。3.根据权利要求2所述的一种抗长期紫外老化高密度聚乙烯材料，其特征在于：步骤(2)中质量浓度20-30％的二甲基亚砜溶液用量为每克凹凸棒粉使用10-15mL。4.根据权利要求2所述的一种抗长期紫外老化高密度聚乙烯材料，其特征在于：步骤(3)中所述酸溶液为质量浓度为5-10％的硝酸溶液与质量...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕玉康，邹湘坪，蒋红亮，杨广慧，
申请(专利权)人：合复新材料科技无锡有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32